مدل سازی انتقال خرده های حفاری توسط فوم در شرایط یک چاه افقی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

انتقال مطلوب خرده های حفاری یکی از پارامترهای تاثیرگذار در سرعت عملیات حفاری می باشد. فوم به دلیل ویژگی های منحصر به فردی از جمله چگالی پایین و گرانروی بالا، می تواند منجر به کاهش مشکلات عملیاتی در مقایسه با سیالات معمول حفاری شود. توصیف دقیق رفتار فوم، تاثیر زیادی بر بهبود عملکرد این سیال و متعاقبا تمیزسازی بهتر چاه خواهد داشت. در این مقاله، انتقال خرده های حفاری توسط فوم در محیط دینامیک سیالات محاسباتی بررسی گردید. بدین منظور، جریان چندفازی خرده-سیال با استفاده از مدل اویلرین توصیف شد و ریولوژی فوم نیز توسط مدل غیرنیوتنی قانون توان ارایه گردید. همچنین تاثیر پارامترهای کیفیت و سرعت تزریق فوم، اندازه خرده ها، شرایط خروج از مرکزی لوله ها و نیز سرعت چرخش لوله های حفاری بر عملکرد فوم در تمیزسازی چاه مطالعه شد. نتایج حاصله از مدل نیز با داده های آزمایشگاهی صحت سنجی گردید. براساس نتایج، افزایش کیفیت فوم منجر به بهبود انتقال خرده های حفاری به علت افزایش ویسکوزیته فوم گردید. افزایش سرعت تزریق فوم بواسطه تخریب بستر ساکن خرده-ها سبب کاهش غلظت خرده های درون چاه شد، بطوری که افزایش سرعت تزریق فوم از 3 به 5 فوت بر ثانیه، منجر به کاهش 1.3 برابری غلظت خرده ها در چاه شد. به علاوه، افزایش سایز خرده ها باعث کاهش تمیزسازی چاه گردید. نتایج نشان داد که خارج شدن لوله ها از شرایط هم مرکزی باعث تجمع خرده ها در محیط چاه می شود. با این حال، اعمال سرعت چرخشی به لوله های حفاری سبب بهبود تمیزسازی چاه گردید، بطوری که افزایش سرعت چرخش لوله ها به میزان 40 دور بر دقیقه در حضور فوم موجب کاهش 1.8 و 1.4 برابری غلظت خرده ها در شرایط چاه هم مرکز و خارج از مرکز شد.